В России, особенно в районах Сибири и Урала, широко распространены элювиальные (выветрившиеся) глинистые и песчанистые грунты. Их размягчение при насыщении водой приводит к неравномерным оседаниям фундаментов, потере устойчивости склонов, провалам шахт и протечкам плотин. Ученые Пермского политеха совместно с Санкт-Петербургским горным университетом исследовали механические характеристики таких грунтов при водонасыщении. Их учет при проектировании фундаментов зданий позволит сократить аварийные ситуации.

Статья опубликована в журнале «Soil Mechanics and Foundation Engineering», №4, 2024. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Элювиальные твердые глины и песчаники неоднородны по своему составу. Они содержат элементы различной плотности и прочности, а пространство между ними заполнено пылевато-глинистой массой. Когда вода впитывается в грунт, эти цементирующие связи разрушаются и возрастает его пористость. При этом изначальная плотная структура не восстанавливается даже после высыхания. Поэтому водонасыщение и размягчение таких грунтов негативно влияет на их прочность.

Поскольку элювиальные твердые глины и песчаники часто становятся основой для закладывания фундамента, ухудшение их механических свойств может привести к потере устойчивости построек, оседаниям и провалам конструкций. Решить проблему поможет исследование ученых Пермского политеха. Они совместно со специалистами Санкт-Петербургского горного университета провели эксперименты, чтобы выяснить, как меняются характеристики грунтов при водонасыщении.

Эксперты подготовили образцы, каждый из которых испытывали на устойчивость к вертикальным сжимающим нагрузкам, компрессионное сжатие, а также одноплоскостной срез для проверки сцепления и угла внутреннего трения. Эти характеристики имитируют давление фундамента здания, а показатели, которые получают в результате, позволяют правильно рассчитать давление, которое может выдержать грунт в основании сооружений.

– Эксперименты показали, что водонасыщение элювиальных глинистых и песчаных грунтов значительно снижает их прочностные и деформационные свойства. Замачивание образцов приводило к тому, что, например, глина теряла прочность и устойчивость к вертикальным сжимающим нагрузкам на 50-70%, а песчаник – на 40-90%. Угол внутреннего трения снизился на 28% и 23%, а удельное сцепление – на 29% и 33%, – рассказывает Евгения Акбулякова, доцент кафедры «Строительное производство и геотехника» ПНИПУ, кандидат технических наук.

На основании этих данных при проектировании фундаментов ученые Пермского политеха и Санкт-Петербургского горного университета рекомендуют предусматривать защиту элювиальных грунтов на время вскрытия котлована, применять водозащитные мероприятия и оставлять в выработке грунтовый слой от 5 до 20 см – так называемый «недобор». Важно также не допускать длительных перерывов от нескольких месяцев и более при производстве земляных работ.

Исследование ученых позволяет учитывать изменения в механических характеристиках грунтов после водонасыщения, что, в свою очередь, поможет избежать аварийных ситуаций, снизить затраты на усиление грунтов в основании фундамента, а также повысить надежность и долговечность возводимых зданий.

Поддержать редакцию